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Der Kontakt­wi­der­stand ist der Wider­stand, der in einer elektri­schen Kontak­tie­rung oder Verbin­dung auftritt. Er entsteht aufgrund von verschie­denen Faktoren wie Oberflä­chen­rau­heit, Oxidbil­dung, Verschmut­zung oder unzurei­chendem Anpressdruck.

Kontakt­wi­der­stand: Verbin­dungen in der Elektrotechnik

Werden zwei elektri­sche Kontakte mitein­ander verbunden, entsteht an der Schnitt­stelle ein Wider­stand, der im Allge­meinen als Kontakt­wi­der­stand bezeichnet wird.

Der Kontakt­wi­der­stand kann in verschie­denen elektri­schen und elektro­ni­schen Systemen vorkommen — sowohl bei einfa­chen Schal­tungen, als auch bei komplexen Anlagen in der Industrie.

Faktoren für die Entste­hung von Kontakt­wi­der­stand sind:

  • Oberflä­chen­be­schaf­fen­heit der Materialien
  • Zu wenig Anpressdruck
  • Oxidbil­dung bei Kontakt mit Sauerstoff
  • Konta­mi­na­tion
  • Zwischen­räume

Selbst mikro­sko­pisch kleine Uneben­heiten stellen eine Barriere für den Strom­fluss dar und haben einen erhöhten Wider­stand zur Folge.

Diese Erhöhung des Kontakt­wi­der­standes kann deutliche Auswir­kungen auf die Leistung eines ganzen Systems haben, welche sich in einer Verschlech­te­rung der elektri­schen Verbin­dung äußern und im schlimmsten Fall sogar zu einem kompletten Versagen führen.

Wie hoch darf der Kontakt­wi­der­stand sein?

Wie hoch der zuläs­sige Kontakt­wi­der­stand sein darf, hängt von der spezi­fi­schen Anwen­dung und den Standards des dazuge­hö­rigen Systems ab.

Meistens ist jedoch ein niedriger Wert wünschens­wert, denn ein zu hoher Kontakt­wi­der­stand kann zu übermä­ßiger Wärme­ent­wick­lung führen.

Das Resultat ist eine fehler­hafte elektri­sche Verbindung.

Grenz­werte für Kontaktwiderstand

Deshalb gibt es Normen, Standards und Herstel­ler­do­ku­men­ta­tionen in denen die Grenz­werte für den Kontakt­wi­der­stand verschie­dener Verbin­dungen festge­legt sind.

In der Hochleis­tungs­elek­tronik können die zuläs­sigen Werte sogar im Bereich Mikroohm (μΩ) oder Nanooohm (nΩ) liegen.

Ausschlag­ge­bend für eine hohe Lebens­dauer ist auch die Wahl des optimalen Kontakt­wert­stoffes, sowie der Kontakt­form.

Der Kontakt­wi­der­stand ist davon abhängig ob es sich um Kontakt­teile in Form von Relais, Steck­ver­bin­dern oder Steckern handelt.

Darüber hinaus, gibt es noch viele andere Arten von Kontakt­teilen für verschie­dene Geräte und spezi­fi­sche Anwendungen.

Besei­ti­gung störender Kontaktwiderstände

Störende Kontakt­wi­der­stände können durch regel­mä­ßige Überprü­fung und Wartung der Verbin­dungen besei­tigt werden.

Ein häufiger Grund für Spannungs­ver­luste und Leistungs­ab­fälle sind unsau­bere Kontakt­ober­flä­chen. Durch Verun­rei­ni­gungen wie Schmutz oder Fett, kann sich der Kontakt­wi­der­stand erhöhen.

Um eine gute elektri­sche Verbin­dung zu gewähr­leisten ist eine regel­mä­ßige Reini­gung und bedarfs­weise auch eine Politur notwendig.

Umso sicherer die Verbin­dung ausge­führt wurde, desto geringer fällt der Wider­stand an der Kontakt­stelle aus.

Für die Überprü­fung gibt es spezi­elle digitale oder analoge Messge­räte, mit denen man den Kontakt­wi­der­stand messen kann.

Arbeiten im Serverraum

Den Kontakt­wi­der­stand berechnen

Der Kontakt­wi­der­stand kann auf verschie­dene Arten berechnet werden, abhängig von den spezi­fi­schen Eigen­schaften der Kontak­tie­rung und den verfüg­baren Infor­ma­tionen.

2 Methoden zur Berech­nung des Kontaktwiderstands

Durch den Spannungs­ab­fall und den Strom:

Wenn der Strom I durch den Kontakt und der Spannungs­ab­fall U über dem Kontakt bekannt sind, kann der Kontakt­wi­der­stand R mithilfe des Ohmschen Gesetzes berechnet werden.

Das ohmsche Gesetz

{R} = {\frac U {I}}

Diese Methode erfor­dert die Messung des Spannungs­ab­falls über dem Kontakt und des Stroms, der durch den Kontakt fließt.

Durch den spezi­fi­schen Kontakt­wi­der­stand:

Der spezi­fi­sche Kontakt­wi­der­stand ρ ist eine Materi­al­kon­stante, die den Wider­stand eines bestimmten Kontakt­ma­te­rials angibt.

Er wird in Ohm-Meter Ω·m angegeben. Um den Kontakt­wi­der­stand R für eine gegebene Kontakt­fläche A zu berechnen, kann die folgende Formel verwendet werden:

{R} = {\frac ρ {A}}

Diese Methode erfor­dert Infor­ma­tionen über den spezi­fi­schen Kontakt­wi­der­stand des verwen­deten Materials und die Kontaktfläche.

Es gibt weitere Methoden, um den Kontakt­wi­der­stand zu messen und zu berechnen. Welche sich eignet, muss in Abhän­gig­keit von den Eigen­schaften der Kontak­tie­rung entschieden werden.

Kontakt­wi­der­stand

Der Kontakt­über­gangs­wi­der­stand setzt sich aus der Summe der beiden Anteile Engewi­der­stand und Fremd­schicht­wi­der­stand zusammen.

{R_{K}} ≜ Kontakt­wi­der­stand
{R_{E}} ≜ Engewi­der­stand
{R_{F}} ≜ Fremd­schicht­wi­der­stand
{R_{L1}}={\frac I {σ*A}}
{R_{L2}}={R_{L1}} + {R_{K}}
{R_{K}}={R_{E}} + {R_{F}}

Engewi­der­stand

Der Engewi­der­stand entsteht durch die Uneben­heiten einer Kontakt­fläche.

{R_{E}}\text{\textasciitilde}{\frac 1 {A_{Berührungsfläche}}}
{R_{E}}={ρ*K} * {\sqrt{\frac H {F}}}
{ρ} ≜ {spez.\medspace Widerstand}
{K} ≜ {Konstante < 1}, {empririsch\medspace ermittelt}
{H} ≜Härte
{F} ≜ Kontaktkraft
{2\medspace Materia­lien} : {H\medspace kleinere\medspace Wert}, {ρ\medspace arithm.\medspace Mittelwert}

Frems­schicht­wi­der­stand

Durch Korro­sion (z. B. Oxida­tion) entsteht auf der Kontakt­ober­fläche eine Fremd­schicht, die den Wider­stand erhöht.

{R_{F}}={ρ_{F}} * {\frac d {A}}
{ρ_{F}} ≜ {spez.\medspace Widerstand\medspace der\medspace Schicht}
{d} ≜ {Schicht­dicke}
{A} ≜ {wahre\medspace Berührungsfläche}

Kontakt­wi­der­stand-Tabelle: 4 Materia­lien mit hoher Leitfähigkeit

Materia­lien mit einer hohen Leitfä­hig­keit, haben meistens auch einen guten Kontakt­wi­der­stand.

In der folgenden Tabelle sind Werte verschie­dener Materia­lien zusammengefasst:

MaterialSpezi­fi­scher Wider­stand (Ω · m)Beson­der­heit
Kupfer{1,68 * {10^{-8}}}Wird sehr häufig für elektri­sche Kontakte verwendet.
Silber{1,59 * {10^{-8}}}Besitzt die höchste elektri­sche Leitfä­hig­keit unter allen Metallen.
Gold{2,44 * {10^{-8}}}Zeichnet sich beson­ders durch chemi­sche Stabi­lität und Korro­si­ons­be­stän­dig­keit aus.
Platin{10,6 * {10^{-8}}}Verfügt über eine hohe thermi­sche Stabilität.

Achtung

Die Werte können abhängig von Tempe­ratur, Reinheit des Materials, sowie anderen Faktoren abweichen.

Eine gute Kontakt­qua­lität zeichnet sich immer durch die Kombi­na­tion des richtigen Materials mit einer sorgfäl­tigen Montage aus.

Um den Kontakt­wi­der­stand zu minimieren, kommen auch spezi­elle Beschich­tungen und Techniken zum Einsatz.

Die Kontakt­fläche kann z.B. durch Verbin­dungs­ma­te­ria­lien wie Leitkleber verbes­sert werden.

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Was ist ein thermi­scher Kontaktwiderstand?

Die Übertra­gung der Wärme an den Grenz­flä­chen zweier fester Körtper wird durch den thermi­schen Kontakt­wi­der­stand gekennzeichnet.

Niedriger thermi­scher Kontakt­wi­der­stand = effizi­ente Wärmeübertragung

Je niedriger der thermi­sche Kontakt­wi­der­stand, desto effizi­enter die Wärmeübertragung.

Es gibt verschie­dene Wege, um den thermi­schen Kontakt­wi­der­stand zu berechnen. Bei komplexen Anwen­dungen werden in der Regel experi­men­telle Tests und Simula­tionen durch­ge­führt, um den Wert genau bestimmen zu können.

Die nachfol­gende Tabelle ist beispiel­haft und dient zur groben Orientierung.

Thermi­scher Kontakt­wi­der­stand: Tabelle

MaterialThermi­scher Kontakt­wi­der­stand (K/W)
Kupfer0,000001 — 0,000006
Alumi­nium0,00002 — 0,00005
Silber0,000001 — 0,000003

Verschie­dene Bezeich­nungen für Kontaktwiderstand

Der Kontakt­wi­der­stand hat viele verschie­dene Bezeich­nungen in der Elektro­technik, deren Nutzung im Wesent­li­chen mit dem jewei­ligen Kontext und Fachge­biet zusammenhängt.

Einige davon sind:

ArtBeschrei­bung
Übergangs­wi­der­standBeschreibt den Wider­stand an der Verbin­dungs­stelle zwischen zwei elektri­schen Kontakten und wird synonym zu Kontakt­wi­der­stand verwendet.
Verbin­dungs­wi­der­standSpezi­fi­ziert den Wider­stand, der an einer elektri­schen Verbin­dung wegen des Kontakt­wi­der­standes auftritt.
Kontakt­im­pe­danzBezieht sich auf den Blind­wi­der­stand (Reaktanz) und auf den kombi­nierten Wider­stand in einem elektri­schen System.
Strom­über­gangs­wi­der­standDient zur Beschrei­bung des Wider­standes, der entsteht, wenn eine Strom­über­tra­gung von einem Material auf ein anderes erfolgt.
Grenz­flä­chen­wi­der­standDieser Begriff wird genutzt, um den Wider­stand zu beschreiben, der an der Grenz­fläche zwischen zwei mitein­ander in Kontakt kommenden Materia­lien auftritt.

Gleiche Grund­lage

Auch wenn die Begriffe variieren können, sollte man sich nicht irritieren lassen!

Schließ­lich basieren sie auf den gleichen physi­ka­li­schen Phäno­menen und beschreiben den Kontakt­wi­der­stand an der Schnitt­stelle von elektri­schen Verbindungen.

Über den Autor

Nabil Belgou

Nabil Belgou ist Geschäftsführer der PLUGIFAST GmbH und Experte mit langjähriger Erfahrung im Prüfmittelbau.

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